Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp cọc xi măng đất để xử lý nền đất yếu dưới nền đường mậu thân sân bay trà nóc tp cần thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

--------  --------

NGUYỄN TẤN HƯNG

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CỌC
XIMĂNG ĐẤT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI
NỀN ĐƯỜNG MẬU THÂN – SÂN BAY TRÀ NÓC
TP CẦN THƠ
Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh , tháng 06 năm 2013


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1

: .......................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2

: .......................................................................

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM

ngày………tháng………năm …….
Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. . ........................................................................
2. . ........................................................................
3. . ........................................................................
4. . ........................................................................
5. . ........................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Chủ nhiệm Bộ môn quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI
HỌC
BÁCH
KHOA
TRƯỜNG
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN TẤN HƯNG
Ngày, tháng, năm sinh: 01-01-1989

MSHV: 11864424
Nơi sinh: Cần Thơ

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số : 60.58.60

I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CỌC XIMĂNG ĐẤT ĐỂ XỬ
LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG MẬU THÂN – SÂN BAY TRÀ
NÓC, THÀNH PHỐ CẦN THƠ
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Mở đầu
- Chương 1 : Tổng quan về phươ ng pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc ximăng đất.
- Chương 2 : Cơ sở lý thuyết tính tốn cọc ximăng đất.
- Chương 3 : Thí nghiệm xác định tỷ lệ ximăng/đất phù hợp cho khu vực Thành phố
Cần Thơ
- Chương 4 : Nghiên cứu, ứng dụng cọc ximăng đất để xử lý nền đất yếu dưới nền
đường Mậu Thân – sân bay Trà Nóc, TP Cần Thơ
Kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ngày 21 tháng 01 năm 2013
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : ngày 21 tháng 06 năm 2013
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS. VÕ PHÁN

Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. VÕ PHÁN

PGS.TS. VÕ PHÁN
TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tác giả xin gửi lời tri ân đến Thầy PGS.TS. VÕ PHÁN. Thầy đã
tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và định hướng nghiên cứu cho tác gi ả hoàn thành luận
văn tốt nghiệ p này.
Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến c ác Q Thầy, Cơ trong Bộ mơn Địa
cơ nền móng – Khoa Kỹ thuật xây dựng – Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí
Minh đã truyền đạt kiến thức, cũng như các Thầy , Cơ trong phịng Đào tạo sau đại học
đã tạo nhiều thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gi an học tập, nghiên cứu thực hiện
luận văn tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn các bạn lớp Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Khố 2011 ln
sẵn sàng hỗ trợ và giúp đỡ tác giả. Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cha Mẹ, Anh Chị
Em là những người ln ủng hộ, động viên và khích lệ tinh thần tác giả trong suốt quá
trình học và thực hiện luận văn.
Với những kiến thức và kinh nghiệm của bản thân cịn hạn chế chắc chắn khơng
tránh khỏi những thiếu sót khi thực hiện Luận văn. Kính mong q Thầy, Cơ và các
bạn đồng nghiệp đóng góp để luận văn hồn thành tốt hơn.
TP Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 06 năm 2013
Học viên

Nguyễn Tấn Hưng


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CỌC XI MĂNG ĐẤT
ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯ ỚI NỀN ĐƯỜNG MẬU THÂN -SÂN
BAY TRÀ NÓC TP CẦN THƠ
HỌ TÊN HỌC VIÊN:

NGUYỄN TẤN HƯNG

MSHV:

11864424

Cán bộ hướng dẫn :

PGS. TS. VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1: .............................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: .............................................................................

Đề cương Luận Văn Thạc Sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày………tháng………năm …….


TĨM TẮT
Tên đề tài
“ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ CỌC XIMĂNG ĐẤT ĐỂ
XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯ ỜNG MẬU THÂN-SÂN BAY TRÀ
NĨC TP CẦN THƠ”.

Tóm tắt
Thành phố Cần Thơ là khu vực có tầng đất yếu tương đối dày và rộng khắp.
Vì vậy việc xây dựng các cơng trình có tải trọng lớn là điều thử thách và khó khăn
cho các kỹ sư xây dựng.
Nhiều phương pháp xử lý n ền đất yếu được ứng dụng và phát triển để cải
thiện nền đất yếu , một trong những phương pháp mang lại hiệu quả về kinh tế và kỹ
thuật là cọc ximăng đất.
Thông qua sử dụng cơng trình cụ thể là đường Mậu Thân - sân bay Trà Nóc
Thành phố Cần Thơ , tác giả trìn h bày kết quả nghiên cứu cấp phối đất trộn ximăng
và đưa ra khuyến cáo về hàm lượng ximăng/đất cho kết quả cường độ tối ưu. Đồng
thời tác giả tính tốn cọc ximăng đất bằng phương pháp giải tích và mô p hỏng bằng
phần mềm Plaxis v8.5, so sánh kết quả của hai phương pháp. Sau khi nghiên cứu,
tác giả đưa ra các kiến nghị về mật độ cọc, đường kính cọc, chiều dài cọc để đạt
hiệu quả tối ưu trong điều kiện địa chất khu vực thành phố Cần Thơ.


SUMMARY OF THESIS
NAME OF THESIS:
“STUDY AND APPLY THE SOIL CEMENT PILE METHOD TO HANDLE
THE SOFT GROUND BELOW THE MAU THAN – TRA NOC AIR PORT
ROAD IN CANTHO CITY”
ABSTRACT:
Can Tho city has relatively weak soil that is thick and spread. Therefor, when
building constructions of the huge load have many challenges and difficulties for
engineering
There are many soft soil treatment methods that are used and developed to
improved the soft soil, one of these methods which is useful for economy and
technology is soil cement pile.
Thoughout the use of a particular is Mau Than – Tra Noc Air port road in
Can Tho city, the author presents the result of researching the ground mix cement –

soil and make recommendations on the content between cement – soil to achieve
optimal efficency of strenth. In addition, the author uses analytical methods and
Plaxis 8.5 software, then compares two methods. After studying, the author makes
recommendations on the density of pile, diameter of pile, the length of the pile to
achive optimal efficiency in soil layer of Can Tho city.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài này là do chính tơi thực hiện. Số liệu phân tích và hình ảnh thí
nghiệm trong đề tài do chính tơi thu thập và không trùng với các nghiên cứu khoa học
nào trước đây .
TP Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 06 năm 2013
Học viên

Nguyễn Tấn Hưng


KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN



(kN/m3)

:

Dung trọng đất tự nhiên.

c

(kN/m2)

:

Lực dính của đất.



(o)

:

Góc ma sát trong.

τ

(kPa)

:

Sức chống cắt của đất.

Cri

:

Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải.

Cci

:

Chỉ số nén lún h ay độ dốc của đoạn đường cong nén lún.

eo

:

Hệ số rỗng của lớp đất ở trạng thái tự nhiên ban đầu.

Eo

(kN/m2)

:

Module biến dạng của đất .

W

(%)

:

Độ ẩm tự nhiên.

wp

(%)

:

Giới hạn dẻo .

wL

(%)

:

Giới hạn nhão .

IP

(%)

:

Chỉ số dẻo.

IL

(%)

:

Độ sệt.

Δσ’v (kN/m2)

:

Gia tăng ứng suất thẳng đứng.

σ’p

(kN/m2)

:

Ứng suất tiền cố kết.

σbt

(kN/m3)

:

Ứng suất thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất.

ng

(kN/m2)

:

Ứng suất do tải trọng ngoài.

Rtc

(kN/m2)

:

Sức chịu tải tiêu chuẩn của đất nền.

:

Hệ số an toàn .

Fs
Sc

(m)

:

Độ lún cố kết của đất nền.

S

(m)

:

Độ lún ổn định.

:

Diện tích tương đối của cọc ximăng đất .

:

Cường độ kháng nén đơ n.

:

Hệ số Poisson.

as
qu

(kPa)

ν

đ

(kN/m3)

:

Dung trọng vật liệu đắp .

Ecol

(kN/m2)

:

Module biến dạng cọc ximăng đất.

Ccol

(kN/m2)

:

Lực dính cọc ximăng đất.

φcol

(o)

:

Góc ma sát trong cọc ximăng đất

Acol

(m2)

:

Diện tích cọc ximăng đất


col

(kN/m3)

:

Trọng lượng riêng củ a cọc ximăng đất

Esoil

(kN/m2)

:

Module biến dạng của đất yếu được gia cố

Csoil

(kN/m2)

:

Lực dính của đất yếu được gia cố

φsoil

(o)

:

Góc ma sát trong của đất yếu được gia cố

Asoil

(m2)

:

Diện tích của đất yếu được gia cố

soil

(kN/m3)

:

Trọng lượng riêng của đất yếu được gia cố

Etđ

(kN/m2)

:

Module biến dạng của nền tương đương

Ctđ

(kN/m2)

:

Lực dính của nền tương đương

φtđ

(o)

:

Góc ma sát trong của nền tương đương

tđ

(kN/m3)

:

Trọng lượng riêng của nền tương đ ương


-1-

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Thành phố Cần Thơ là thành phố trực thuộc Trung ư ơng, là trung tâm kinh tế, tài
chính, thương mại, dịch vụ, khoa học kỹ thuật và văn hóa của Đồng bằng sơng Cửu
Long. Ngồi ra cịn là nơi hội tụ, đầu mối giao thơng huyết mạch bằng đường sông,
đường bộ, đường biển với cá c tỉnh, thành phố trong cả nước. Vì vậy cơ sở hạ tầng
trong những năm gần đây đang được quan tâm và phát triển mạnh mẽ, điển hình là
các cơng trình trọng điểm đ ã đi vào hoạt động như cảng Cái Cui phục vụ cho việc
xuất nhập khẩu hàng hóa, sân bay Trà Nóc để nối các đường bay trong nước và
Đơng Nam Á, nhà máy nhiệt điện Trà Nóc và Ơ Mơn với c ơng suất rất lớn và cầu
Cần Thơ nối liền trục giao thông đường bộ giữa Cần Thơ với Thành P hố Hồ Chí

Minh và các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long…
Việc phát triển về cơ sở hạ tầng cịn gặp nhi ều khó khăn do phạm vi khu vực
Thành phố nằm trên lớp đất yếu có chiều dày tương đối lớn, do đó vấn đề x ử lý nền
móng gặp nhiều khó khăn và tốn nhiều kinh phí. Ở nước ta hiện nay có nhiều
phương pháp xử lý nền đất yếu như: bệ phản áp, gia tải trước kết hợp với bấc thấm,
cọc bêtông cốt thép , bơm hút chân không, cọc cát … Một trong những phương pháp
phổ biến trên thế giới hiện nay là cọc xi măng đất, ở Việt Nam phương pháp này chỉ
mới được áp dụng gần đây
Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất có nhiều ưu điểm hơn hẳn
các phương pháp khác như: thời gian thi công nhanh, chiều sâu đất yếu được gia cố
lớn , thi công được cả trong điều kiện ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện
trường bị chật hẹp. Vì vậy phương pháp này rất thích hợp để áp dụng cho việc xử lý
nền đất yếu có chiều dày lớn, là đặc trưng về địa chất các tỉnh và thành phố khu vực
ĐBSCL. Qua nhiều ứng dụng thực tế, bên cạnh việc gia cố tốt cho cơng trình , cọc
ximăng đất còn mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác
trong điều kiện khu vực .
Cọc ximăng đất đã được sử dụng và mang lại hiệu quả rõ rệt cho các cơng trình
tầm cỡ trên thế giới. Tuy nhiên do lịch sử kiến tạo và ảnh hưởng bởi điều kiện tự
nhiên nên địa chất cơng trình, sự phân bố các lớp đất và chỉ tiêu cơ lý đất mỗi khu
vực cũng khác nhau, vì vậy việc áp dụng cơng nghệ cọc ximăng đất để mang lại
hiệu quả tối ưu trong điều kiện địa chất Thành phố Cần Thơ đang được quan tâm.


-2-

Việc nghiên cứu phương pháp cọc ximăng đất để xử lý nền đất yếu tại Thành
phố Cần Thơ là vấn đề cần thiết, nghiên cứu này để áp dụng cho các dự án đường bộ
đắp trên nền đất yếu khu vực đồng b ằng sông Cửu Long hay Cần Thơ. Đây sẽ là
một trong các phương pháp hiệu quả góp phần giải quyết tình trạng lún kéo dài và
kém ổn định của nền đường tại khu vực này.

2. Mục tiêu nghiên cứu
- Thí nghiệm xác định tỷ lệ ximăng/đất phù hợp cho khu vực thành phố Cần Thơ
- Tính tốn khả năng chịu tải của đất nền khi t hay đổi khoảng cách các cọc,
nhằm xác định khoảng cách cọc tối ưu
- Tính tốn khả năng chịu tải của đất nền khi t hay đổi đường kính cọc, nhằm xác
định đường kính cọc tối ưu
- Tính tốn khả năng chịu tải của đất nền khi thay đổi chiều dài cọc nhằm xác
định chiều dài cọc tối ưu
- Thay đổi chiều cao đất đắp tác dụng lên nền ứng với mật độ, chiều dài và
đường kính cọc tối ưu mà đơn vị thi cơng có thể thực hiện được hiện nay nhằm xác
định áp lực tối đa mà phương pháp xử lý nền bằng cọc ximăng đất còn ứng dụng
được tại thành phố Cần Thơ.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc ximăng
đất và các phương pháp thí nghiệm trong phịng và hiện trường để xác định các tính
chất cơ lý của đất nền và đất gia cố.
- Nghiên cứu thực nghiệ m: chế bị mẫu thử và thử nghiệm tìm ra tỷ lệ ximăng/đất
cho kết quả tối ưu trong điều kiện địa chất khu vực TP Cần Thơ . Phân tích và đánh
giá kết quả thử nghiệm đồng thời ứng dụng kết quả vào tính tốn ổn định của nền
đất được gia cố .
- Nghiên cứu mô phỏng: dựa vào cơng trình xây dựng là đường Mậu Thân – sân
bay Trà Nóc, quận Bình Thủy, T hành phố Cần Thơ để nghiên cứu, dù ng phần mềm
Plaxis 2D v8.5 để mơ phỏng tính tốn.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Thông qua kết quả nghiên cứu này, chúng ta hiểu rõ hơn về ứng xử của cọc
ximăng đất trong điều kiện đất yếu ở khu vực ĐBSCL, từ đó có số liệu để đánh giá


-3-

khái quát hơn về khả năng ứng dụng cọc ximăng đất trong việc xử lý nền đất yếu tại
khu vực Thành phố Cần Thơ và cho các khu vực có điều kiện địa chất tương tự.
Nghiên cứu này được sử dụng như một tài liệu tham khảo hữu ích cho các kỹ sư
thiết kế và chủ đầu tư tron g việc phân tích lựa chọn phương án xử lý nền đất yếu tại
khu vực Thành phố Cần Thơ nhằm đem lại hiệu quả cao về mặt kỹ thuật và kinh tế.
5. Giới hạn nghiên cứu
Do phạm vi luận văn này chỉ nghiên cứu tính tốn trên một cơng trình ở điều
kiện địa chất TP Cần Thơ nên kết quả chưa phản ánh được giá trị tổng quát.


-4-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
BẰNG CỌC XIMĂNG ĐẤT
1.1 Giới thiệu cọc ximăng đất
Là một công nghệ mới được thế giới biết đến và áp dụng từ những năm 1970
nhưng đạt được công nghệ hồn chỉnh và phát triển mạnh mẽ phải tính từ những
năm 1990 trở lại đây. Phương pháp cọc ximăng đất có thể được chia ra làm 2 loại :
phương pháp trộn khô, phun khô và phương pháp trộn phun ướt - mà thực chất
phương pháp này là phun vữa . Tại nhiều nước trên thế giới, việc sử dụng công nghệ
cọc ximăng đất cho gia cố nền đất yếu trong các dự án đường bộ, đường sắt đã cho
hiệu quả rất cao.
Cọc ximăng đất ( hay còn gọi là cột ximăng đất, trụ ximăng đất ) -(Deep soil
mixing columns, soil mixing pile) là công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phương pháp
trộn sâu.
Cọc xi măng đất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được
phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun. Mũi khoan được khoan xuống làm tơi
đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên.
Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất (bằng áp lực khí
nén đối với hỗn hợp khơ hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt).

Về vấn đề tên gọi là "cọc" , "cột" hay la "trụ" thì hiện nay có 2 trường phái:
+ Trường phái thứ 1 ở châu Á ( học viện kỹ thuật Châu Á A.I.T, Trung Quốc...vv )
thì gọi tên là "cọc" ximăng đất.
+ Trường phái thứ 2 gồm các nước Mỹ, Nhật, Châu Âu...vv thì gọi là "cột" ximăngđất (các tài liệu dịch sang tiếng việt).
+ Riêng ở Việt Nam thì có người gọi là "cọc" ximăng đất, người thì gọi là "cột"
ximăng đất. Có lẽ nên gọi là "cột" thì đúng hơn bởi vì thuật n gữ "cọc" chỉ dùng để
chỉ những loại như cọc BTCT, cọc thép...vv có cường độ lớn hơ n rất nhiều so với
"cột" ximăng đất.
Tại Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế - thi công - nghiệm thu cọc xi măng đất là
TCXDVN 385 : 2006 "Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đ ất xi măng" do
Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng biên soạn, Vụ Khoa học Công
nghệ Xây dựng đề nghị, Bộ Xây dựng ban hành theo Quyết định số 38/2006/QĐ BXD ngày 27 tháng 12 năm 2006.


-5-

Tiêu chuẩn của nước ngồi thì có Shanghai -Standard ground treatment code
DBJ08-40-94. (Tuy nhiên trong các tài liệu tính tốn này chỉ chủ yếu đề cập đến vấn
đề lực thẳng đứng là chính mà chưa thấy đề cập đến vấn đề thiết kế khi cơng trình
chịu tải trọng ngang.)

Hình 1.1 Cọc ximăng đất vừa thi công x ong
1.2 Các công nghệ thi công cọc ximăng đất
Hiện nay ở Việt Nam phổ biến hai công nghệ thi công cọc xi măng đất là: Công
nghệ trộn khô ( Dry Jet Mixing ) và cơng nghệ trộn ướt ( Wet Mixing hay cịn gọi là
Jet-grouting ) là công nghệ của Nhật Bản.
1.3 Ứng dụng công nghệ cọc ximăng đất
- Cải tạo nền đất yếu dưới nền đường vào cầu: việc thi công công trình trên nề n
đất sét mềm hoặc hữu cơ có những khó khăn và phức tạp rất lớn. Nhất là sự cố do
biến dạng thẳng đứng và biến dạng ngang lớn.

- Làm chặt lại nền đất yếu phục vụ các cơng trình giao t hơng, các bãi
congtenner, các nền cơng trình thủy lợi…


-6-

- Gia cố mái taluys cơng trình: khi mái dốc cơng trình có độ ổn định kém, đất
chịu ứng suất cắt lớn, hệ số an tồn về phá hoại có thể được cải thiện bằng cách gia
cố các lớp đất có sự chịu tải phù hợp thơng qua các cọc xi măng đất.
- Làm móng vững chắc cho cơng trình nhà cao tầng, cơng trình cơng nghiệp, làm
tường chắn đất, làm bờ kè.
- Gia cố thành hố đào, đặc biệt là nhưng hố đào sâu, yêu cầu chống thấm cao.
Trên thế giới: Nước ứng dụng công nghệ xi măng đất nhiều nhất là Nhật Bản và
các nước vùng Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính
chung trong giai đoạn 80-96 có 2345 dự án. Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia
cố bằng xi măng ở Nhật vào k hoảng 23,6 triệu m 3 cho các dự án ngoài biển và trong
đất liền, với khoảng 300 dự án. Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m 3. Tại
Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, tổng khối lượng xử lý bằng
cọc xi măng đất ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m 3. Tại Châu
Âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan bắt đầu từ năm 1967.
Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (6m cao , 8m dài) đã được xây dựng ở Phần Lan
sử dụng cọc vơi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và chiều dài
cọc về mặt khả năng chịu tải.
Tại Việt Nam: Vào năm 2000, do yêu cầu của thực tế, phương pháp này được áp
dụng trở lại trong lĩnh vực xăng dầu, khi cơng trình chấp nhận một giá trị độ lún cao
hơn bình thường tuy nhiên có hiệu quả kinh t ế cao. Đơn vị đưa trở lại phương pháp
này ban đầu là COFEC và nay là C&E Consultants. Trong thời gian này song song
với việc áp dụng rất nhiều thí nghiệm hiện trường (quan trắc cơng trình) đã được
thực hiên. Những thí nghiệm mang tính nghiên cứu này được C &E thực hiện và quy
mơ của nó khơng thua kém các đồng nghiệp khác. Từ năm 2002 đã có một số dự án

bắt đầu ứng dụng cọc xi măng đất vào xây dựng các cơng trình trên nền đất, cụ thể
như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000 m cọc xi măng đất có
đườ ng kính 0.6 m thi công bằng trộn khô, xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu đường
kính 21 m, cao 9 m ở Cần Thơ. Năm 2004 cọc xi măng đất được sử dụng để gia cố
nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa
xăng dầu ở Đình Vũ (Hải Phịng ), các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô,
độ sâu xử lý trong khoảng 20 m. Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật Bản đã sử
dụng Jet -grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Tr ì (Hà


-7-

Nội). Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng cọc xi măng đất như: dự án thoát
nước khu đơ thị Đồ Sơn - Hải Phịng, dự án sân bay Cần Thơ…
Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan
phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản. Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị
này trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực
ngang, ảnh hưởng của hàm lượng ximăng đến tính chất của xi măng đất,... nhằm
ứng dụng cọc xi măng đất vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các cơng trình thuỷ
lợi. Tại thành phố Đà Nẵng, Nha Trang và nhất là thành phố Hồ Chí Minh cọc xi
măng đất được ứng dụng dưới 2 hình thức: l àm tường trong đất và làm cọc thay cọc
nhồi . Tại Tp. Hồ Chí Minh, cọc xi măng đất được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông
Tây, một số building như Saigon Times Square…Hiện nay, các kỹ sư Orbitec đang
đề xuất sử dụng cọc xi măng đất để chống mất ổn định công trình hồ bán nguyệt –
khu đơ thị Phú Mỹ Hưng, dự án đường trục Bắc – Nam (giai đoạn 3) cũng kiến nghị
chọn cọc xi măng đất xử lý đất yếu, tại Quảng Ninh, cơng trình nhà máy nhiệt điện
Quảng Ninh đã áp dụng công nghệ phun ướt, địa chất cơng trình phức tạp gặp đá mồ
cơi ở tầng địa chất cách cao độ mặt đất 11 – 12 m, đất đồi cứng khó khoan tiến độ
cơng trình địi hỏi gấp, l úc cao điểm lên đến 6 máy khoan .
Bảng 1.1 Số liệu về một số cơng trình sử dụng cọc xi măng đất

STT

1

Tên cơng trình

Đường vào sân đỗ cảng

Đường kính

Tổng mét dài

Cơng nghệ

cọc (m)

đã thi cơng

trộn

0.6

32000

Trộn ướt

0.6

15000

Trộn khơ

0.6

100000

Trộn khô

0.6

150000

Trộn khô

0.6

300000

Trộn ướt

hàng không Cần Thơ
2

Nhà máy điện Nhơn Trạch I
Đồng Nai

3

Đường nối cầu Thủ Thiêm
với đại lộ Đông Tây

4

Hầm chui đường sắt vành
đai đường Láng Hòa Lạc
Km 7+358

5

Đường sân bay Cần Thơ


-8-

Hình 1.2 Sử dụng cọc xi măng đất ứng dụng trong gia cố nền đất yếu

Hình 1.3 Cấu tạo điển hình cơng trình nền đường gia cố bằng cọc ximăng đất


-9-

Hình 1.4 Khoan cọc xi măng đất gia cố nền đất yếu tại sân bay Cần Thơ
1.4 Các yếu tố của đất ảnh hưởng đến cường độ cọc ximăng đất
1.4.1 Hàm lượng hữu cơ
Hàm lượng hữu cơ càng cao làm ngăn cản q trình hydrat hóa của xi măng, làm
giảm cường độ chịu nén. Lượng sét mịn càng cao làm tăng lượng xi măng cần dùng.
1.4.2 Thành phần khoáng
Trong trường hợp đất có hoạt tính pozzolan cao thì đặc trưng cường độ của đất
trộn xi măng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử về cường độ của những hạt xi măng
đơng cứng. Trong trường hợp đất có hoạt tính pozzolan kém thì đặc trưng cường đ ộ

của đất trộn xi măng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử về cường độ của những hạt
đất đông cứng (Saitoh, 1985) cho nên nếu điều kiện cải tạo đất nền như nhau thì loại
đất có hoạt tính pozzolan cao hơn cho cường độ lớn hơn. Hilt và Davidson (1960)
quan sát thấy rằng các loại đất sét monmorilonit và kaolinit là những hoạt chất
pozzolan có hiệu quả so với các loại đất sét chứa khoáng illite, chlorite hoặc
vermiculite. Wissa và những người khác (1965) cũng giải thích rằng số lượng xi
măng thứ cấp sinh ra trong phản ứng pozzolan giữa hạt sét và vôi tôi phụ thuộc vào
số lượng và thành phần khống của sét cũng như silica và alumina có trong đất.
1.4.3 Độ pH của đất
Những phản ứng pozzolan lâu dài sẽ thuận lợi khi độ pH lớn vì phản ứng sẽ được
thúc đẩy nhanh nhờ độ hòa tan của silicate và aluminate trong hạt sét gia tăng.


-10-

1.4.4 Tỷ lệ ximăng/đất
Việc lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của hỗn hợp
vật liệu xi măng đất và giá thành công trình. Cường độ kháng nén (q u) là một chỉ
tiêu để tính tốn sức chịu tải của cọc. Theo [1] "Lựa chọn tỉ lệ xi măng với đất khi
chế tạo cọc xử lý nền đất yếu", thí nghiệm trong phịng với các tỷ lệ trộn xi măng với
đất dính khác nhau cho kết quả như bảng sau :
Bảng 1.2 Cường độ kháng nén và tỷ lệ ximăng đất thí ng hiệm trong phòng
Tỷ lệ xi măng với đất,

6

aw (%)
Cường độ kháng nén 28 ngày,
qu28 ngày (kG/cm2)
Cường độ kháng nén 90 ngày,

qu90 ngày (kG/cm2)

7

6.02 6.18

9

9.13

12

17

15.56 17.51

8.13 8.35 12.33 21.01 23.65

Hình 1.5 Quan hệ giữa tỷ lệ xi măng với đất và cường độ của xi măng-đất
(Lin 2000)
Cường độ của xi măng đất tăng lên theo tỉ số tăng lượng xi măng trộn vào. Trong
thực tế, tỷ lệ xi măng với đất thường chọn 7% ÷ 15%, trong các trường hợp thơng
thường thì khơng nên nhỏ hơn 12%.
Tỷ lệ xi măng với đất (aw) được tính theo % khối lượng xi măng so với khối
lượng đất khô. Để chọn tỷ lệ pha trộn các hỗn hợp gia cố theo phương pháp thí
nghiệm trong phòng xác địn h sức kháng nén của mẫu xi măng đất. Để giảm bớt số


-11-

mẫu và thời gian thí nghiệm chúng tơi giới thiệu một số kinh nghiệm để độc giả
tham khảo.
Theo thống kê, tỷ lệ xi măng với đất thích hợp thay đổi theo từng loại đất và có
giá trị biến đổi trong phạm vi nhất định. Trong xi măng đất thường dùng ximăng
silicát phổ thông hoặc ximăng xỉ quặng. Lượng ximăng trộn vào là 7% ÷ 15% trọng
lượng khơ c ủa đất cần gia cố hoặc lượng xi măng từ 180 ÷ 250 kg/m 3 đất gia cố.
Thông thường, khi hàm lượng hạt sét trong đất yếu tăng thì lư ợng xi măng yêu cầu
cũng tăng (Bell, 1993).
Theo nghiên cứu của Lan Wang : “Tính ổn định của vật liệu xi măng-đất trong
mơi trường có sunfat” lượng xi măng thay đổi trong phạm vi từ 4% đến 16% trọng
lượng khô của đất cần gia cố.
Qua nghiên cứu so sánh, Shiells và các cộng sự (2003) kết luận: thông thường
phương pháp trộn ướt sử dụng tỷ lệ xi măng với đất cao hơn so với phương pháp
trộn khô.
- Lượng xi măng từ 180 ÷ 400 kg/m3 đất cần gia cố với phương pháp trộn ướt
- Lượng xi măng từ 90 ÷ 180 kg/m 3 đất cần gia cố với phương pháp trộn khô
Theo nghiên cứu của hai tác giả Mitchell and Freitag, 1959
Thông thường xi măng đất chứa từ 5% ÷ 14% xi măng so với trọng lượng của
đất cần gia cố và thường sử dụng để ổn định đất có tính dẻo thấp, đất cát .
Lượng xi măng yê u cầu phụ thuộc vào loại đất, trạng thái của đất cần gia cố. Tỷ
lệ xi măng với đất tối ưu (so với trọng lượng khô của đất cần gia cố) phụ thuộc vào
các loại đất khác nhau như bảng 1.3 , bảng 1.4
Bảng 1.3 Tỷ lệ xi măng với đất với các loại đất khác nhau theo hệ thống phân loại
Unified (Mitchell and Freitag, 1959)
STT

Loại đất

1

Sỏi có tính chọn lọc kém, cát có tính chọn lọc kém
và cát có tính chọn lọc tốt

Tỷ lệ xi măng với
đất %
6 ÷ 10

2

Sét dẻo thấp, bùn dẻo thấp và bùn dẻo cứng

8 ÷ 12

3

Sét dẻo thấp, dẻo cứng

10 ÷ 14


-12-

Bảng 1 .4 Tỷ lệ xi măng với đất tối ưu tương ứng với các loại đất khác nhau
(Mitchell and Freitag, 1959)
STT

Loại đất

Tỷ lệ xi măng với đất %

1

Đất tốt chứa sỏi, cát hạt thơ, cát hạt mịn, có hoặc

5% hoặc ít hơn

khơng có lượng nhỏ bùn hay sét
2

Đất cát xấu với lượng nhỏ bùn

9%

3

Loại đất cát còn lại

7%

4

Đất chứa bùn không dẻo hoặc dẻo vừa phải

10%

5

Đất sét dẻo

13% hoặc nhiều hơn

Ở Viện kĩ thuật Châu Á, Law (1989) đã tiến hành nghiên cứu đưa ra kết luận:
trộn 10% xi măng với đất sét yếu Băng Cốc – Thái Lan làm tăng độ bền nén nở
hông 10 lần, áp lực cố kết trước tăng 2 ÷ 4 lần. Hệ số cố kết quan sát được tăng 10
÷ 40 lần.
DOH and JICA (1998) kiến nghị: xi măng ảnh hưởng tốt cho việc cải thiện các
đặc tính của đất sét ở Băng Cốc, Thá i Lan. Phương pháp xử lý nền bằng cọc xi
măng đất thường sử dụng hàm lượng xi măng thích hợp trong khoảng 80 ÷ 200
kg/m3 và chúng được xác định dựa vào cường độ thiết kế của mỗi dự án. Thông
thường, xi măng Portland với hàm lượ ng vào khoảng 200 kg/m3 được sử dụng trong
các nghiên cứu ổn định đất sét biển mềm yếu.
Lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất trong những năm qua đã có rất nhiều đề tài
nghiên cứu như: lựa chọn tỉ lệ ximăng với đất khi chế tạo cọc xử lý nền đất yếu [1],
các nhân tố ảnh h ưởng đến cường độ x imăng đất [2], ….
Tóm lại, c­êng ®é cọc ximng t tại hiện trường bị ảnh hưởng của nhiều u tè
nh­ tÝnh chÊt cđa ®Êt, ®iỊu kiƯn trén, thiÕt bị và quy trình trộn, điều kiện dưỡng hộ,
t l ximng v t . Vì thế cường độ hiện trường rất khó xác định chính xác trong
giai đoạn thiết kế sơ bộ. Điều quan trọng là cần xác lập và kiểm chứng cường độ
hiện trường qua các bước bằng thí nghiệm mẫu trộn trong phòng, kinh nghiệm đÃ
tích lũy, chế tạo trụ thử và thí nghiệm kiểm chứng. Thiết kế được sửa đổi nếu các
yêu cầu không được đáp ứng ®Çy ®đ. Cần chú ý rằng bản chất của mẫu chế bị trong
phịng thí nghiệm sẽ khác với bản chất của đất tại hiện trường. Bởi vậy với bất cứ


-13-

một cơng trình nào, trước khi thi cơng thì cần thiết phải tiến hành các thí nghiệm
trong phịng nhằm biết rõ hiệu quả gia cố với t ừng loại đất cụ thể để chọn được tỷ lệ
pha trộn tối ưu nhất.
1.5 Các thí nghiệm tiến hành trong q trình thiết kế, thi cơng cọc ximăng đất

Thí nghiệm trong phịng : mu thớ nghim gồm các mẫu trộn trong phòng và các
mẫu lấy ở các độ sâu khác nhau trong thân cọc hiƯn tr­êng. ThÝ nghiƯm mÉu trén
kh« th­êng sau khi trén 3, 7, 14, 28 vµ 90 ngµy, mÉu trén ướt thí nghiệm sau 3, 7, 14
và 28 ngày.
Đặc trưng cường độ và mô đun đàn hồi E của mẫu thường được xác định từ kết
quả thí nghiệm nén không hạn chế nở hông.
Ngoi ra kt qu chớnh xỏc ta cịn lấy mẫu ướt tại hịên trường , dơng cụ lấy
mẫu ướt dùng ở châu Âu. Mẫu được lấy khi vừa thi công xong cc trộn ướt, thường
500m3 đất xử lý lấy 1 mẫu hoặc một ngày thi công cđa 1 m¸y lÊy 1 mÉu. ThÝ nghiƯm
mÉu sau khi bảo dưỡng trong nhiệt độ quy định. So sánh mẫu bảo dưỡng tại hiện
trường và mẫu lấy ướt cho biết sự khác nhau của cường độ và tăng trưởng cường ®é.
Thí nghiệm hiện trường : Theo [3], quan träng cđa thí nghiệm hiện trường đó là
xác định các thông số kiểm soát cho thi công gồm vận tốc pha xuyên xuống, rút lên,
tốc độ quay và mômen xoắn, tốc độ truyền liệu...
Xác định trực tiếp đặc trưng cơ học bng thÝ nghiƯm nÐn ngang thµnh hè khoan
(pressuremeter test) cho phÐp xác định cường độ kháng cắt và hệ số nén của cc. Thí
nghiệm cần phải khoan trước hố trong thân cc và lắp đặt thiết bị nén ngang thành
hố khoan. Phương pháp thí nghiệm xem các chỉ dẫn hiện hành (TCXDVN 112:1984)
ThÝ nghiƯm bµn nÐn hiƯn tr­êng theo TCXDVN 80 : 2002, kích thước bàn nén có
thể mở rộng đến 2 lần đường kính cc.
Thí nghiệm chất tải diện rộng tiến hành cùng quan trắc độ lún sâu, độ lún bề mặt,
áp lực nước lỗ rỗng phản ánh khá chính xác ứng xử của nền đất xử lý nên được dùng
cho các công trình có quy mô lớn. Quy trình thí nghiệm do thiết kế quy định.
Thí nghiệm CPT, đại diện là xuyên côn thông dụng, dùng để xác định các thông
số cường độ và độ liên tục ca cc . Khó khăn khi thực hiện thí nghiệm CPT là giữ
độ thẳng đứng vì thế khối lượng thí nghiệm bị giới hạn.
Thí nghiệm xuyên dùng đầu xuyên cánh cải tiến có cánh xuyên với vận tốc
khoảng 20 mm/s, ghi liên tục sức kháng xuyên. Phương pháp dùng cho các cc s©u

-14-

không quá 8 m, cường độ không quá 300 kPa. Nếu dùng khoan dẫn hướng có thể thí
nghiệm xuyên đến ®é s©u 20 m, c­êng ®é 600 kPa.
Bảng 1. 5 Khối lượng thí nghiệm dự kiến
ThÝ nghiƯm\ Quy m«

100 trơ

500 trơ

1000 trơ

 2000 trơ

Khoan lÊy mÉu

2

5

10

15

NÐn ngang trong trơ

2

5

10

15

Xun c¸nh

10

30

50

100

NÐn tĩnh trụ đơn

2

5

10

15

2

3

5

1

2

Thí nghiệm bàn nén
Thí nghiệm chất tải

Điều kiện trộn và bảo dưỡng khác nhau gây nên khác nhau về cường độ. Theo kinh
nghiệm Thụy Điển tỷ số giữa cường độ hiện trường và trong phòng khoảng 20% đến
50%. Đất rời có tỷ số cao hơn, quyết định bởi độ mịn của hạt.

Hỡnh 1.6 u cc XM chun b thí nghiệm


-15-

Hình 1.7 Cọc ximăng đất sau khi được thí nghiệm nén ngang
1.6 Nhận xét
1/ Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc ximăng đất đã được sử dụng phổ
biến trên thế giới, nhưng ở Việt Nam mới được sử dụng rộng rãi gần đây mang lại
hiệu quả kinh tế rõ rệt. Đây là giải pháp hữu ích, khơng cần tốn nhiều thời gian chất
tải nhưng vẫn tăng cường độ ổn định của nền.
2/ Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng đất nền gia cố cọc ximăng đất phụ
thuộc vào thời gian bảo dưỡng , loại đất nền, hàm lượng hữu cơ, độ pH , thành phần
hạt và hàm lượng xi măng sử dụng.
3/ Với các loại đất khác nhau thì hàm lượng xi măng khác nhau, cường độ
của đất gia cố chỉ bắt đầu gia tăng khi hàm lượng xi măng lớn hơn 12%. Thông
thường phương pháp trộn ướt sử dụng tỷ lệ xi măng với đất c ao hơn so với phương
pháp trộn khơ.

4/ C­êng ®é cọc tại hiện trường bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố như tính chất
của đất, điều kiện trộn, thiết bị và quy trình trộn, điều kiện dưỡng hộ, t l ximng
vi t. Vì thế cường độ hiện trường rất khó xác định chính xác trong giai đoạn thiết